STM32利用中断实现LED亮灭和串口通信的收发

一、题目要求

学习stm32中断、DMA通信原理和编程方法。使用stm32cubemx的HAL库完成以下编程练习：

1. 用stm32F103核心板的GPIOA端一管脚接一个LED，GPIOB端口一引脚接一个开关（用杜邦线模拟代替）。采用中断模式编程，当开关接高电平时，LED亮灯；接低电平时，LED灭灯。

2. 采用串口中断方式重做串口通信，分别实现：

   • 1）当stm32接收到字符“s”时，停止持续发送“hello windows!”; 当接收到字符“t”时，持续发送“hello windows!”（提示：采用一个全局标量做信号灯）；
   • 2）当stm32接收到字符“stop stm32!”时，停止持续发送“hello windows!”; 当接收到字符“go stm32!”时，持续发送“hello windows!”(提示：要将接收到的连续字符保存到一个字符数组里，进行判别匹配。写一个接收字符串的函数。）

3. STM32采用串口DMA方式，用115200bps或更高速率向上位机连续发送数据。

二、实现LED亮灭

01 CubeMx配置

1. 配置PB5引脚为输出，设置label为LED
2. PA1引脚为中断输出，类型为上升沿External Interrupt Mode with Rising edge trigger detection，设置label为A1_EXTI，
3. 使能NVIC中断
4. 时钟设置为36MHz
5. 生成Keil文件，进入Keil配置

02 Keil配置

1. 在main.c中写入回调函数

   void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   {
   	if( GPIO_Pin == A1_EXTI_Pin)//判断外部中断源
   	{
   		HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);//翻转LED状态
   	}
   }
   

   

2. 编译运行，没有错误。通过ST-Link烧录到板子上。

03 实例演示

使用杜邦线模拟按键开关，在上升沿触发中断，使LED状态转换一次（由于使用杜邦线模拟按键，所以在引脚悬空的时候，电平变化无法得知，LED呈现随机闪烁的样子）仅演示图片

三、串口中断通信

01 CubeMx配置

1. 配置RCC时钟

2. 设置串口USART1的MODE为异步通信Asynchronous，基础参数（波特率为115200 Bits/s。传输数据长度为8 Bit。奇偶检验无，停止位1，接收和发送都使能）和GPIO引脚设置( USART1_RX/USART_TX)使用默认即可

3. 一定要使能中断，NVIC Settings 一栏使能接收中断

4. 配置时钟

5. 生成Keil文件，配置Keil代码

02 Keil配置

1. printf函数设置，在main.c和usart.c中添加头文件#include "stdio.h"之后，在usart.c文件中，添加如下代码，进行重定义

   /* USER CODE BEGIN 1 */
   
   //加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB	  
   //#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)	
   #if 1
   //#pragma import(__use_no_semihosting)             
   //标准库需要的支持函数                 
   struct __FILE 
   { 
   	int handle; 
   }; 
   
   FILE __stdout;       
   //定义_sys_exit()以避免使用半主机模式    
   void _sys_exit(int x) 
   { 
   	x = x; 
   } 
   //重定义fputc函数 
   int fputc(int ch, FILE *f)
   { 	
   	 HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0x0001);  
   	return ch;
   }
   #endif 
   
   

2. 在main.c中设置两个字符型数组，用来存放需要判别的字符串（记得添加头文件#include "string.h"）。同时设置FLAG标志变量，来判断电脑向stm32发送了哪一个字符串。

3. 在main.c主函数while(1)中添加一下内容（根据你要发送的字符串来修改）

     while (1)
     {
       /* USER CODE END WHILE */
   
       /* USER CODE BEGIN 3 */
   	  if(flag == 1){		
   	  		printf("go stm32 Hello windows!\r\n");}
   	  else{
   		  //printf("stop stm32 NO!\r\n");}
   		HAL_Delay(500);
   

4. 重写回调函数，触发中断。在函数开始就判断字符串
   代码如下：

   void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   {
     /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
     UNUSED(huart);
     /* NOTE: This function Should not be modified, when the callback is needed,
              the HAL_UART_TxCpltCallback could be implemented in the user file
      */
   	if (strcmp(Uart1_RxBuff, str1) == 0) flag = 0;
   	if (strcmp(Uart1_RxBuff, str2) == 0) flag = 1;
   
    	//if(Uart1_RxBuff[0]=='g') flag = 1;
   	//if(Uart1_RxBuff[0]=='s') flag = 0;
   	
   	if(Uart1_Rx_Cnt >= 255)  //溢出判断
   	{
   		Uart1_Rx_Cnt = 0;
   		memset(Uart1_RxBuff,0x00,sizeof(Uart1_RxBuff));
   		HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&cAlmStr, sizeof(cAlmStr),0xFFFF);	
   	}
   	else
   	{
   		Uart1_RxBuff[Uart1_Rx_Cnt++] = aRxBuffer;   //接收数据转存
   	
   		if((Uart1_RxBuff[Uart1_Rx_Cnt-1] == 0x0A)&&(Uart1_RxBuff[Uart1_Rx_Cnt-2] == 0x0D)) //判断结束位
   		{
   			HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&Uart1_RxBuff, Uart1_Rx_Cnt,0xFFFF); //将收到的信息发送出去
   			Uart1_Rx_Cnt = 0;
   			memset(Uart1_RxBuff,0x00,sizeof(Uart1_RxBuff)); //清空数组
   		}
   	}
   	
   	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1);   //再开启接收中断
   }
   

5. 编译运行，没有错误。通过ST-Link烧录到板子上。

03 实例演示

1. 在XCOM串口助手发送接收字符串，观察实验结果。发送t，stm32停止发送；发送s，stm32恢复发送

2. 修改Keil中str字符串，实现发送stop stm32，停止串口发送； 发送 go stm32，stm32开始发送。

四、DMA发送数据

01 什么是DMA

DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。

02 DMA传输参数

数据传输，首先需要的是1 数据的源地址， 2 数据传输位置的目标地址 ，3 传递数据多少的数据传输量 ，4 进行多少次传输的传输模式 DMA所需要的核心参数，便是这四个.
当用户将参数设置好，主要涉及源地址、目标地址、传输数据量这三个，DMA控制器就会启动数据传输，当剩余传输数据量为0时 达到传输终点，结束DMA传输 ，当然，DMA 还有循环传输模式 当到达传输终点时会重新启动DMA传输。　　
也就是说只要剩余传输数据量不是0，而且DMA是启动状态，那么就会发生数据传输。

03 DMA三种方式

数据块传送方式、周期挪用方式、交替访存方式

• 数据块传送方式：在I/O接口电路中设置一个比较大的数据缓冲区，一般能存放一个数据块，I/O接口电路与内存之间的数据交换以数据块为单位。总线仲裁器判定究竟是DMA控制器还是CPU能获得总线的使用权。

• 周期挪用方式：当I/O接口没有DMA请求时，CPU按程序要求访问内存；一旦I/P接口有DMA请求，则I/O接口挪用一个或几个周期。缺点是：数据输入或庶出过程中实际占用了CPU时间。

• 交替访存方式：CPU与DMA控制器交替访问内存。不需要总线使用权的申请、建立和归还过程。
  效率高，但实现起来有困难，基本上不被使用。

04 DMA方式特点

• 内存既可以被CPU访问也可以被DMA控制器访问，CPU和DMA控制器会竞争总线的使用权，因而需要仲裁机制
• 外部设备与内存之间的整个数据交换过程全部在DMA控制器的控制下完成，CPU能够与外部设备并行工作，大大提高了效率
• 在DMA方式开始之前CPU要对DMA控制器进行初始化，在DMA方式结束之后，CPU要申请中断，对内存缓冲区进行后处理。

05 CubeMX配置

1. 设置RCC
2. 设置串口
3. 使能中断
4. DMA设置在DMA Settings中点击Add添加通道，传输速率设置为中速Medium
5. DMA后续设置
6. 选择DMA
7. 设置时钟
8. 生成Keil文件，继续配置Keil

06 Keil配置

1. 定义数据发送数组uint8_t Senbuff[] = "Hello world！";
2. 主函数中启用DMA
3. 编译文件，没问题。使用ST-Link烧录到板卡上

07 实例演示

通过XCOM串口助手观察，板卡在给电脑不断发送信息

总结

HAl库学习已过大半，使用HAl库编程确实十分方便快捷，加速开发进程。但是大量的函数需要自己查找，开始阶段只能是慢慢去学习。嵌入式学习非一日之功，循序渐进，熟能生巧，百炼成钢。也要自己搭配库函数的方法继续学习，使用自己的硬件设备自己操作，体验板卡的乐趣。

参考资料

1、stm32中断原理编程
2、DMA通信原理与编程
3、什么是DMA-百度百科
4、DMA原理
5、古月居DMA博客